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水手4號 (Mariner 4) 是一系列以飛越方式進行的行星際探險中的第四個，並且是第一個成功飛越火星的太空船。它回傳了第一張火星表面的照片，並且是第一張從地球以外另外一個行星上拍的照片。同時，這張充滿了隕石坑、死寂世界的照片，震驚了科學界。

水手4號的設計，為執行近距離火星科學觀測，並將結果傳回地球。其它的任務目標，包括在火星附近執行行星際的地表及粒子測量，並提供進行長途星際飛行的工程技術的經驗及知識。

太空船本體及子系統

水手4號太空船由八角形鎂合金結構組成，對角線長度1270毫米，高度457毫米。上面有四個長度為6.88米的太陽能面板，包括在期末端伸展的太陽壓力翼片。上方亦置有一直徑1168毫米的高增益碟形天線 拋物面天線)。一個低增益全向天線(omnidirectional antenna)置於高增益天線旁的一2235毫米高天線杆。太空船總高度為2.89米。太空船底部的中間有一個電視相機（television camera）置於掃描平台（scan platform）上。八角形框架里容納了電子器材、纜線、中途推進系統（midcourse propulsion system）、及姿勢控制氣體供應調節器。大部分的科學儀器置於框架的外面。科學儀器，除了電視相機之外，還有磁力計、塵埃偵測器、宇宙射線望遠鏡、（trapped radiation detector）、太陽等離子偵測器（solar plasma probe）及離子室（蓋格計數器）。

電力由四個176 x 90公分的太陽能面板里的28,224個太陽能電池提供，在火星上總共可提供310瓦電力。一個可充電的1200瓦小時的銀─鋅電池也可做操縱及備份用。單元推進劑聯氨用來推進，藉由裝於八角形結構的一邊上的1個4噴射翼片引導控制222牛頓馬達 。姿勢控制由置於太陽能板底部及3個迴轉儀的12個冷氨氣噴嘴提供。太陽輻射壓力翼片（ Solar pressure vanes）每片各有0.65平方米麵積，附在太陽能板的尖端。位置資訊由四個太陽感應器、一個地球感應器、一個火星感應器及一個船底座α(老人星)感測器提供。

通訊裝備由一個雙S頻7瓦triode cavity amp/10 W TWTA 發射器及一個單接受器組成，可由低、高增益天線以8⅓ 或33⅓ 位元/秒速度傳送及接收資料。資料也可儲存於一個容量為5.24 MBits的磁帶記錄器（tape recorder），稍後再傳送。所有的動作由一個指令子系統控制，可處理任何29個direct command words或三個quantitative word commands，實施中途操縱功能。中央處理電腦及定序器（sequencer）操作已儲存的時間序列指令（time-sequence commands），以38.4kHz的同步頻率做為時間參考。溫度的控制藉由使用可調整的天窗、多層隔熱毯、鋁護罩及表面處理達成。

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